Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η πειραματική μελέτη διατάξεων μετατροπής αιολικής και ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Αρχικά, στην εργασία αναλύονται οι κυριότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (Α.Π.Ε.), με μικρές αναφορές στο κάθε σύστημα ξεχωριστά. Στη συνέχεια της εργασία, εξηγείται το φαινόμενο της δημιουργίας ανέμων στην ατμόσφαιρα, τονίζεται ο σημαντικός ρόλος που έπαιζε ο άνεμος από τα αρχαία χρόνια, παρατίθεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή, αναλύονται τα μέρη της ανεμογεννήτριας, επισημαίνονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της ενέργειας που παράγεται από τον άνεμο. Τέλος αναφέρονται κάποιες αποθηκευτικές διατάξεις και στη συνέχεια αναλύονται περιληπτικά οι συσσωρευτές, αφού στο σύστημα μας υπάρχει χρήση συσσωρευτών. Επιπλέον, αναφέρουμε τα βασικά στοιχειά για ένα μετεωρολογικό σταθμό, τον οποίο και δημιουργήσαμε για το σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στη συνέχεια έχουμε την επεξήγηση του τρόπου εγκατάστασης της ανεμογεννήτριας την οποία απέκτησε το εργαστήριο για σκοπούς μελέτης. Επιπλέον επεξηγείται η κατασκευή ορισμένων κυκλωματικών διατάξεων, μέσω των οποίων γίνεται δυνατός ο έλεγχος της ανεμογεννήτριας όπως επίσης και η μέτρηση, καταγραφή, αποθήκευση τεσσάρων βασικών στοιχειών (ταχύτητα ανέμου, διεύθυνση ανέμου, τάση και ρεύμα στο φορτίο) τα οποία θα μας βοηθήσουν στη συνέχεια της διπλωματικής ώστε να δημιουργήσουμε ανεμολογικά δεδομένα για την περιοχή του Πανεπιστημίου Πατρών, όπως επίσης και για την κατασκευή της καμπύλης φόρτισης της ανεμογεννήτριας του Εργαστηρίου Η.Μ.Ε. Ταυτοχρόνως με τις ίδιες κυκλωματικές διατάξεις έχουμε τη δυνατότητα να λαμβάνουμε δεδομένα από τα οποία μετά από επεξεργασία μπορούμε να λάβουμε την παραγόμενη ενέργεια από το κάθε σύστημα, ενώ παρουσιάζονται οι πειραματικές καμπύλες οι οποίες έχουν εξαχθεί από τα πειραματικά δεδομένα της διπλωματικής. Το επόμενο μέρος της διπλωματικής μου εργασίας αναφέρετε στα ηλιακά ΦΒ-συστήματα, αναφέροντας τα βασικότερα μεγέθη τα οποία επηρεάζουν την απόδοση τους. Επίσης αναφέρονται οι βασικότεροι τύποι υλικών κατασκευές ΦΒ-στοιχειών για τα οποία αναφέρουμε τις βασικότερες παραμέτρους τους. Αναφέρουμε επίσης κάποια πειραματικά συστήματα τα οποία προσπαθούν να αυξήσουν την παραγωγή ενέργειας από τα ΦΒ. Μετά ακολουθούν οι γραφικές παραστάσεις των πειραματικών αποτελεσμάτων τα οποία έχουμε πάρει από τις πειραματικές μας διατάξεις. Τέλος, γίνεται μια προσπάθεια να αναπτύξουμε ένα μαθηματικό μοντέλο με τα οποίο προσπαθούμε να δώσουν απάντηση στο ερώτημα, αν συμφέρει η όχι από οικονομικής άποψης, το θέμα της επένδυσης χρημάτων σε ΦΒ-σταθμούς. / -

Οι σύγχρονες κοινωνίες καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας για τη θέρμανση χώρων, τα μέσα μεταφοράς, την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και για τη λειτουργία των βιομηχανικών μονάδων. Το μεγαλύτερο ποσοστό ενέργειας που χρησιμοποιείται προέρχεται από συμβατικές πηγές ενέργειας, όπως είναι το πετρέλαιο, η βενζίνη και ο άνθρακας, που αργά ή γρήγορα θα εξαντληθούν. Από την άλλη πλευρά, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ανανεώνονται μέσω του κύκλου της φύσης και θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες. Γενικά θεωρούνται οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας. Οι κυριότερες μορφές των ΑΠΕ είναι η υδροηλεκτρική ενέργεια, η θαλάσσια ενέργεια, η ενέργεια που προέρχεται από τη βιομάζα, η γεωθερμική ενέργεια, το υδρογόνο, η ηλιακή ενέργεια και η αιολική. Έχουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων πηγών ενέργειας, όπως το γεγονός ότι είναι πρακτικά ανεξάντλητες, δε μολύνουν το περιβάλλον και έχουν χαμηλό λειτουργικό κόστος. Είναι εγχώριες πηγές ενέργειας και συνεισφέρουν στην ενίσχυση της ενεργειακής ανεξαρτησίας. Δημιουργούν σημαντικό αριθμό νέων θέσεων εργασίας. Αποτελούν πυρήνα για την αναζωογόνηση οικονομικά και κοινωνικά υποβαθμισμένων περιοχών και πόλο για τη τοπική ανάπτυξη, με την προώθηση ανάλογων επενδύσεων. Η αύξηση των επενδύσεων σε ΑΠΕ άρχισε να γίνεται ιδιαίτερα αισθητή την τελευταία δεκαετία όπου παρατηρείται έντονη άνοδος στην επενδυτική δραστηριότητα και συνεπώς στην εγκατεστημένη ισχύ μονάδων παραγωγής ενέργειας. Πέρα από τα μεγάλα υδροηλεκτρικά, που υπερέχουν σημαντικά ως προς την εγκατεστημένη ισχύ, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται κυρίως στα αιολικά και στα φωτοβολταϊκά. Όμως, παρά την ανοδική τους τάση οι ΑΠΕ παραμένουν ανεπαρκώς ανεπτυγμένες, κυρίως αν ληφθούν υπόψη οι ευνοϊκές κλιματολογικές συνθήκες στη χώρα μας (πλούσιο αιολικό δυναμικό και υψηλό επίπεδο ηλιοφάνειας). Η ανάπτυξη των ΑΠΕ στη χώρα μας προωθείται από τους στόχους που έχουν τεθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση, την αυξανόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, από την πτώση του κόστους παραγωγής των ΑΠΕ και την ταυτόχρονη άνοδο του κόστος παραγωγής των συμβατικών καυσίμων καθώς και από το ευνοϊκό θεσμικό πλαίσιο που αφορά τις γενναιόδωρες επιδοτήσεις κεφαλαίου για την πραγματοποίηση επενδύσεων σε ΑΠΕ και την τιμολόγηση του παραγόμενου από ΑΠΕ ηλεκτρικού ρεύματος για την επόμενη εικοσαετία. Δυστυχώς η δυσχερής και χρονοβόρα διαδικασία αδειοδότησης, η έλλειψη χωροταξικού σχεδιασμού για τις ΑΠΕ, που επιτρέπει σε κάθε πολίτη να εμποδίσει την εγκατάσταση μονάδων με χρήση ΑΠΕ, καθώς και το γεγονός ότι η κατασκευή, λειτουργία και συντήρηση των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής εξαρτάται από τους προμηθευτές και τη διαθεσιμότητα εξοπλισμού και πρώτων υλών εμποδίζουν πρακτικά την ανάπτυξη των ΑΠΕ στη χώρα μας. Το υπό διερεύνηση σύστημα που μελετάται είναι η σύνδεση ανεμογεννήτριας σε ισχυρό δίκτυο. Η ανεμογεννήτρια αποτελείται από τον ανεμοκινητήρα και τη σύγχρονη γεννήτρια. Επειδή η ένταση του ανέμου είναι μεταβλητή, για τη σωστή λειτουργία της σύγχρονης γεννήτριας χρησιμοποιούνται συστήματα ελέγχου προκειμένου να διατηρηθούν η τάση και η συχνότητα στις ονομαστικές τους τιμές. Στη συγκεκριμένη εργασία, γίνεται η προσομοίωση του υπό διερεύνηση συστήματος στο ATP-EMTP και παρατίθενται σχηματικά διαγράμματα για διάφορες τιμές της ταχύτητας του ανέμου συναρτήσει της ακτίνας του πτερυγίου και της αδράνειας του συστήματος. Η ταχύτητα του ανέμου κατέχει βασικό ρόλο στη συμπεριφορά της λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας. Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου, αυξάνονται η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα και η μηχανική ροπή στην είσοδο της σύγχρονης γεννήτριας, συνεπώς και η ροπή του ανεμοκινητήρα. Το χρονικό σημείο όπου το σύστημα εισέρχεται στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας είναι ίδιο, γεγονός που οφείλεται στη μη μεταβολή της αδράνειας του συστήματος. Επίσης παρατηρείται, ότι η αύξηση της ταχύτητας του ανέμου έχει σαν αποτέλεσμα η ισχύς του συστήματος να αυξάνεται όπως και είναι αναμενόμενο, αλλά από μια ταχύτητα του ανέμου και πάνω η παραγόμενη ισχύς δεν παρουσιάζει την ίδια συμπεριφορά γεγονός που οφείλεται στα λειτουργικά χαρακτηριστικά του ανεμοκινητήρα και στις χαρακτηριστικές που εκφράζουν τη λειτουργία του (cp (λ)). Συνεχίζοντας την ανάλυση του συστήματος του ανεμοκινητήρα παρατηρείται ότι καθώς η αδράνεια του συστήματος παραμένει σταθερή η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα σταθεροποιείται χρονικά στο ίδιο σημείο για διαφορετικές τιμές της ταχύτητας του ανέμου, όπως και αναμένονταν. Κατά το αρχικό χρονικό διάστημα η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα παρουσιάζεται ιδιαίτερα μεταβαλλόμενη, γεγονός που οφείλεται στον προσδιορισμό των αρχικών συνθηκών του συστήματος. Οι αρχικές συνθήκες των μεταβλητών του συστήματος θεωρούνται σταθερές για οποιαδήποτε τιμή της ταχύτητας του ανέμου (παραδοχή). Καθώς η αδράνεια μεγαλώνει υφίσταται μείωση των μεταβολών της γωνιακής ταχύτητας και η γωνιακή ταχύτητα ισορροπεί σε διαφορετικούς χρόνους για διάφορες τιμές της αδράνειας. Ένα άλλο βασικό μέγεθος που επηρεάζει τη λειτουργία μιας ανεμογεννήτριας είναι η ακτίνα των πτερυγίων της. Αυξάνοντας την ακτίνα των πτερυγίων, αυξάνεται η γωνιακή ταχύτητα του ανεμοκινητήρα καθώς και η ροπή εισόδου στη σύγχρονη γεννήτρια, και συνεπώς η παραγόμενη μηχανική ισχύς στην έξοδο του ανεμοκινητήρα. Έγινε και επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, αφού τόσο η μεταβολή της ακτίνας των πτερυγίων όσο και η μεταβολή της ταχύτητας του ανέμου οδήγησαν σε αντίστοιχα αποτελέσματα που ανταποκρίνονταν στις αναλυτικές εξισώσεις που εκφράζουν τον ανεμοκινητήρα και που παρουσιάστηκαν στη διπλωματική εργασία. Κατόπιν στο σύστημα προστίθεται σύγχρονη γεννήτρια συνδεδεμένη με τριφασικό ωμικό φορτίο. Προτιμήθηκε σύγχρονη γεννήτρια καθώς έχει τη δυνατότητα παραγωγής άεργου ισχύος σε αντίθεση με την ασύγχρονη, και για αυτό το λόγο πλέον χρησιμοποιούνται περισσότερο συγκριτικά με τα προηγούμενα έτη. Τελειώνοντας, συνδέεται η ανεμογεννήτρια σε ισχυρό δίκτυο, και παρουσιάζονται αποτελέσματα που αφορούν τα ρεύματα στο εσωτερικό της μηχανής αλά και στην έξοδό της, καθώς και οι τάσεις του συστήματος και η γωνιακή ταχύτητα. Επίσης γίνεται διερεύνηση της λειτουργικής συμπεριφοράς του συστήματος σε περιπτώσεις σφαλμάτων συμμετρικών και μη. Επισημαίνεται ότι το ρεύμα διέγερσης Ιf δεν αλλάζει τιμή καθώς το σύστημα δεν διαθέτει έλεγχο. Παρ’ όλ’ αυτά έγινε προσπάθεια προσομοίωσης της σύγχρονης γεννήτριας που επιλέχθει με τα συστήματα ελέγχου P-f, Q-V και για τα οποία παρουσιάστηκαν τα αντίστοιχα σχηματικά διαγράμματα. / The Renewable Sources of Energy are considered generally as the alternatives to the traditional sources of energy. They are thus named because most of them are renewed in the nature. They are immediately used (mainly for heating) or changed into other forms of energy (electric or mechanic energy). It is calculated that the bigger part of electric energy that is produced worldwide, is produced by stations that use RSE. They have a lot of advantages against other sources of energy, as the fact that they are practically inexhaustible; they do not pollute the environment and have low functional cost. As main forms of RSE are reported the hydroelectric energy, the marine energy, the energy that emanate from the biomass, the geothermal energy, the hydrogen, the solar energy and aeolian. The growth of RSE in our country is promoted by the objectives that have been placed by the European Union, the increasing demand of electric energy, from the fall of cost of production of RSE and the simultaneous rise in the cost of conventional fuels production, as well as from the favorable institutional frame that concerns the generous capital subsidies for the realization of investments in RSE and the pricing produced from RSE of electric current for the next 20 years. Unfortunately, the awkward and time-consuming process of vacations awarding, the lack of land-planning for the RSE, that allows in each citizen to prevent the installation of units with use of RSE, as well as the fact that the manufacture, operation and maintenance of units for electricity generation depends on the suppliers and the availability of equipment and raw material, prevents practically the growth of RSE in our country. The system under investigation is the connection of wind generator in powerful network. The wind generator is constituted by a wind-motor and a synchronous generator. The wind turns the fins of wind generator, which are connected with a turned axis. The axis passes in a box of movement transmission, where the speed of rotation is increased. The box is connected with axis of big speed of rotation, which moves an electricity production generator. If the intensity of wind is strengthened too much, the turbine has a brake that limits the excessive increase of rotation of the fins in order to limit its deterioration and to avoid destruction. For the right operation of synchronous generator are used control systems so that tendency and frequency are maintained in their nominal prices. In conclusion, a simulation of the system is presented in the ATP-EMTP and schematic diagrams are mentioned on various prices of wind speed in connection with the beam of fins of wind generator and the system’s inactivity.

Ήδη από τις αρχές του 1950 έκανε δειλά την εμφάνισή του, με μορφή φιλοσοφικού στοχασμού το ενεργειακό πρόβλημα. Παρά το γεγονός ότι το 1950 τα εκτιμώμενα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα είχαν επάρκεια 20 χρόνων, επικρατούσε κάποια νηφαλιότητα σε σχέση με την ενεργειακή τροφοδότηση. Με την εμφάνιση της ενεργειακής κρίσης του 1973 άρχισε και η συνειδητοποίηση του ενεργειακού προβλήματος. Μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική αντιμετώπισης του ενεργειακού προβλήματος είναι η εκμετάλλευση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για συνδυασμένη παραγωγή ενέργειας και υδρογόνου. Αυτή η οικονομία «καθαρής ενέργειας»-υδρογόνου, στοχεύει στην όσο το δυνατόν συντομότερη αντικατάσταση των συμβατικών ορυκτών καυσίμων από το υδρογόνο. Τα οφέλη θα είναι πολλαπλά. Ενεργειακή αυτάρκεια, οικονομική απεξάρτηση από την οικονομία των υδρογονανθράκων, ενεργειακή αποκέντρωση και προστασία του περιβάλλοντος. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τις εξελίξεις στην τεχνολογία του υδρογόνου, ως φορέα ενέργειας, την συνδυασμένη παραγωγή του από συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τις προοπτικές που ανοίγονται στο μέλλον από την οικονομία υδρογόνου. Στοχεύουμε η διπλωματική αυτή να είναι ακόμα μια ενίσχυση στις στρατηγικές για ταχύτερη ενεργειακή απεξάρτηση από τους υδρογονάνθρακες και την είσοδο σε μια οικονομία καθαρής ενέργειας. Η διπλωματική εργασία απευθύνεται σε άτομα τα όποια αναζητούν μια συνολική εικόνα των τεχνικών λύσεων στην τεχνολογία υδρογόνου και την συνδυασμένη παραγωγή του από συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται γενικά στοιχεία για το υδρογόνο. Παρουσιάζεται η ιστορική διαδρομή της ανακάλυψης και της τεχνολογικής έρευνας του υδρογόνου και αναλύονται οι φυσικές και χημικές του ιδιότητες. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται συνοπτικά η χρησιμοποίηση του υδρογόνου ως φορέα ενέργειας και γίνεται μια πρώτη προσέγγιση στην οικονομία του υδρογόνου. Συνοπτικά παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα, τα μειονεκτήματα και οι τομείς που η έρευνα για το υδρογόνο εξελίσσεται. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται και αναλύονται όλες οι εφαρμοσμένες αλλά και μελλοντικές μέθοδοι για την παραγωγή υδρογόνου. Αφού γίνει μια αναλυτική αναφορά στις μεθόδους παραγωγής από τους υδρογονάνθρακες, το τρίτο κεφάλαιο επικεντρώνεται κυρίως σε καθαρούς και καινοτόμους τρόπους παραγωγής υδρογόνου, όπως η ηλεκτρόλυση, η αναμόρφωση βιομάζας, η φωτοβιολογική και φωτοχημική παραγωγή. Στο τέλος του κεφαλαίου δίνεται μια σύγκριση κόστους μεταξύ των τρόπων παραγωγής υδρογόνου. Το τέταρτο κεφάλαιο είναι μια ανάλυση των εφαρμοσμένων τρόπων αποθήκευσης και μεταφοράς του υδρογόνου. Διακρίνονται οι τρεις βασικές μέθοδοι αποθήκευσης και μεταφοράς υδρογόνου: α) ως συμπιεσμένο αέριο, β) ως υγρό, γ) ως στερεό. Στη συνέχεια συγκρίνονται οι μέθοδοι ως προς την ασφάλεια, την χρησιμότητα, τις τεχνικές δυσκολίες και το κόστος. Τέλος γίνονται κάποιες προτάσεις για μελλοντική εξέλιξη και βελτίωση αυτών των μεθόδων. Στο πέμπτο κεφάλαιο εκθέτεται μια αναλυτική αναφορά στην χρησιμοποίηση του υδρογόνου για παραγωγή ενέργειας. Περιγράφονται τα κύτταρα καυσίμου, η αρχή λειτουργίας του και οι εφαρμογές τους. Στη συνέχεια αναπτύσσεται η λειτουργία των μηχανών εσωτερικής καύσης με υδρογόνο ως καύσιμο. Περιγράφονται επίσης οι κινητήρες υδρογόνου των πυραύλων και οι προοπτικές για την μετατροπή των τουρμπίνων των αεροπλάνων ώστε να δέχονται ως καύσιμο υδρογόνο. Τέλος μελετάται η σύνδεση των κυττάρων καυσίμου με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Το έκτο κεφάλαιο κάνει μια εισαγωγή στα δυο βασικά συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και στη συνέχεια αναπτύσσει τη δυνατότητα να συνδυαστούν για παραγωγή υδρογόνου. Συγκεκριμένα αναπτύσσει το αιολικό και το ηλιακό σύστημα και προχωράει στην ανάλυση των υβριδικών αντίστοιχων συστημάτων για παραγωγή υδρογόνου. Αναφέρει και κάποια πειραματικά δεδομένα πάνω στην εφαρμογή των υβριδικών συστημάτων και τις προοπτικές βελτίωσής τους. Αναλύει τις προοπτικές για την Ελλάδα σε αυτόν τον τομέα και αναφέρει τις κινήσεις και τις εφαρμογές που γίνονται προς αυτή την κατεύθυνση. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται τα γενικά συμπεράσματα και γίνεται μια περιληπτική γεωπολιτική μελέτη γύρω από την οικονομία του υδρογόνου και τις προοπτικές της. / Already from the beginning of 1950 energy problem, made its appearance slowly, first as a philosophical thought. Although the fact that in 1950 the estimated exploited reserves had sufficiency for 20 years, there was some soberness about the energy supplying. By the appearance of energy crisis in 1973, began the awareness of the energy problem. One promising strategy to solve the energy problem is to exploit the renewable energy sources for combined production of energy and hydrogen. This “clean energy”-hydrogen economy, targets in the replacement of the conventional mineral fuels, as soon as possible. The benefits are multiple such as energy sufficiency, economical independence from hydrocarbons economy, economic decentralization and protection of the environment. The purpose of this work is to present the evolutions in hydrogen technology, as an energy carrier, the combined production of hydrogen from systems of renewable energy sources and the perspectives which will be opened in the future from hydrogen economy. We seek this work to be one more aid to the strategies for faster economical independence from hydrocarbons and the entrance into a clean energy economy. This work is addressed to the people who search a total image of the technical solutions in hydrogen technology and its combined production from the systems of renewable energy sources. In the first chapter general information for hydrogen are reported. The historical route of the discovery and the technological investigation is being presented and hydrogen’s physicals and chemicals attributes are being analyzed. In the second chapter it is described concisely, the utilization of hydrogen as energy carrier and one first approach in hydrogen economy is being tried. Concisely they are presented the advantages, the disadvantages and the sectors in which the investigation of hydrogen is being developed. In the third chapter are being developed and analyzed all the applied and future methods of hydrogen production. After an analytical report in hydrogen production methods from hydrocarbons, the third chapter is centralized basically in clean and innovator ways of hydrogen production, like electrolysis, biomass reformation, photo biological and photochemical production. In the end of the chapter it’s given one cost’s comparison between the hydrogen production ways. The forth chapter is an analysis of the applied ways of hydrogen storage and transportation. The three basic methods of hydrogen storage and transportation are being distinguished: a) as compressed gas, b) as liquid, c) as solid. In continuity these methods are compared to the security, the usefulness, the technical difficulties and the cost. At last they are being made some propositions for future evolution and improvement of these methods. In the fifth chapter it‘s being exhibited an analytic report for the use of hydrogen in energy production. The fuel cells, their principle of operation and their application are described in this chapter. In continuity it is developed the operation of hydrogen internal combustion engines. Also they are described the hydrogen engines of spacecrafts and the prospects for the transformation of airplane’s turbines, so to take hydrogen as fuel. At last it is studied the connection of fuel cells with the electrical energy net. The sixth chapter makes an introduction in the two basic systems of renewable energy sources and in continuity it develops the possibility of them to be combined for hydrogen production. Concretely it develops the wind and the solar system and it continues to the analysis of the corresponding hybrid systems for hydrogen production. It reports also some experiments data at applications of the hybrid systems and it presents their prospects for improvement. It analyses the prospects in Greece at this sector and it reports the movements and the applications which are being done at this direction. Lastly at the seventh chapter are mentioned the general conclusions and one comprehensive geopolitical analysis is being made, about the hydrogen economy and its prospects.

Η εξάντληση των ορυκτών καυσίμων και το ενδεχόμενο ενεργειακό αδιέξοδο σε συνδυασμό με τη δυνατότητα παραγωγής ενέργειας από ανεξάντλητες πηγές χωρίς επιβάρυνση στο περιβάλλον έχουν οδηγήσει τους τομείς έρευνας προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ένα άλλο μεγάλο πρόβλημα είναι αυτό της εξάντλησης του νερού. Έτσι έχει αναπτυχθεί η έρευνα για την αξιοποίηση των αλμυρών ή υφάλμυρων αποθεμάτων νερού της Γης μέσω της τεχνολογίας αφαλάτωσης. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η οικονομική αξιολόγηση ενός συστήματος αφαλάτωσης το οποίο τροφοδοτείται απο υβριδικό σύστημα φωτοβολταϊκών πλαισίων και ανεμογεννητριών. Για τη διαστασιολόγηση χρησιμοποιήθηκαν γενετικοί αλγόριθμοι οι οποίοι αποτελούν εργαλεία επίλυσης προβλημάτων βελτιστοποίησης. / The depletion of mineral fuels and the potential future energy issues, conbined with the ability to produce energy from alternative sources of practically infinite capacity without causing environmental damage, has driven research towards exploring renewable energy sources. A major issue is also the issue of water depletion, driving research towards the development of desalination technologies that use seawater or brackish water. In this thesis we explore the potential and we perform the economic evaluation of a desalination system, which is powered by a hybrid system of photovoltaics and wind turbines. The parameters of the proposed implementation are optimized using genetic algorithms.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται αναφορά στο ενεργειακό πρόβλημα, στις διάφορες μορφές ενέργειας, στα διάφορα είδη μετατροπέων και τα είδη ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα, ασχολούμαστε με τον έλεγχο σε μετατροπείς από την πλευρά του δικτύου που χρησιμοποιούνται σε ανεμογεννήτριες. Επιπλέον, εξομοιώνουμε έναν μετατροπέα στην πλευρά του δικτύου για να ρυθμίσουμε την DC τάση. Πιο συγκεκριμένα : Στον κεφάλαιο 1, θα ασχοληθούμε με το ενεργειακό πρόβλημα και την κλιματική αλλαγή, τα οποία αποτελούν δύο από τα πιο σοβαρά προβλήματα του πλανήτη. Ακόμα, θα αναφερθούμε στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και κυρίως στην αιολική. Επίσης, θα γίνει μία μικρή αναφορά με βάση διαγράμματα για τους κανονισμούς που ισχύουν σε διάφορες χώρες της Ευρώπης όσον αφορά τη λειτουργία των Εγκαταστάσεων Αιολικής Ενέργειας. Στον κεφάλαιο 2, γίνεται αναφορά στον τριφασικό διπλό μετατροπέα τάσης, στη λειτουργία του, στο μοντέλο του καθώς και στις κατάλληλες εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του μετατροπέα. Στο κεφάλαιο 3, γίνεται περιγραφή του ελέγχου με διπλούς βρόγχους, γίνεται μία σύντομη αναφορά στο PLL και δίνονται οι κατάλληλες εξισώσεις. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη περιγραφή του μοντέλου που χρησιμοποιείται στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία καθώς και η διαμόρφωση των θεωρητικών εξισώσεων για εφαρμογή στο συγκεκριμένο μοντέλο. Στο κεφάλαιο 4, θα αναφερθούμε στις δομές μετατροπέων για διασύνδεση με ανεμογεννήτριες, καθώς επίσης και στον έλεγχο από την πλευρά της γεννήτριας. Τέλος, γίνεται μια μικρή αναφορά στον έλεγχο ισχύος. Στο κεφάλαιο 5, παρουσιάζουμε το μοντέλο που χρησιμοποιήσαμε με το πρόγραμμα matlab/simulink, τις παραμέτρους καθώς επίσης και γραφικές παραστάσεις που δείχνουν την επίδραση αλλαγών στα διάφορα μεγέθη του μοντέλου, αλλαγών όπως για παράδειγμα η εισαγωγή θορύβου στην dc πηγή ρεύματος ή μια πτώση τάσης του δικτύου. / -

Τα τελευταία χρόνια έχει δημιουργηθεί επιτακτική ανάγκη ανάπτυξης νέων μεθόδων για την παραγωγή ανανεώσιμων μορφών ενέργειας. Οι ενεργειακές απαιτήσεις που καλύπτονται από τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία περιέχουν άνθρακα, έχει σαν αποτέλεσμα την αυξανόμενη απελευθέρωση CO2, γεγονός που ευνοεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την όξινη βροχή. Η εξάρτηση λοιπόν από τις εξαντλήσιμες πηγές ενέργειας, αφού οι ποσότητες των ορυκτών καυσίμων είναι περιορισμένες, και η ρύπανση του περιβάλλοντος, αποτελούν κινητήριες δυνάμεις για την ανάπτυξη και εκμετάλλευση νέων εναλλακτικών μορφών ενέργειας. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, κατασκευή και υλοποίηση ενός αυτόνομου υβριδικού συστήματος παραγωγής υδρογόνου, ως μια ανανεώσιμη μορφή ενέργειας (ΑΠΕ), εκμεταλλευόμενο την πλεονάζουσα ενέργεια από ΑΠΕ. Το σύστημα περιλαμβάνει μια ανεμογεννήτρια και μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια, οι οποίες αποτελούν τις κύριες ενεργειακές πηγές, ενώ μια υδρογονογεννήτρια (ηλεκτρόλυσης) χρησιμοποιείται για τη πλήρωση με υδρογόνο των φιαλών που περιέχουν μεταλλικά υδρίδια. Το αποθηκευμένο υδρογόνο των φιαλών τροφοδοτεί την κυψέλη καυσίμου τύπου PEM. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από το αποθηκευμένο υδρογόνο καλύπτει τις ανάγκες φορτίου τις ώρες αιχμής. Ως εξομοιωτής φορτίου χρησιμοποιήθηκε ρυθμιζόμενη ωμική αντίσταση ισχύος. Συγκεκριμένα στο 1° κεφάλαιο, «Τεχνολογία ΑΠΕ», γίνεται μία γενική αναφορά γύρω από τη διεσπαρμένη παραγωγή, τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) και το έντονο ενδιαφέρον που έχει παρατηρηθεί τα τελευταία χρόνια παγκοσμίως σε αυτόν τον τομέα. Εξετάζονται οι χρήσεις τους, τα πλεονεκτήματα - μειονεκτήματά τους και η κατάσταση που επικρατεί. Επίσης, παρουσιάζονται οι αρνητικές επιπτώσεις από τη καύση των υδρογονανθράκων, που αποτελούν κύρια πηγή ενέργειας τη σημερινή εποχή. Στο 2ο κεφάλαιο, «Ενέργεια υδρογόνου», γίνεται αρχικά μια σύντομη αναφορά στις ιδιότητες του υδρογόνου όσο και στις τεχνολογίες για την παραγωγή του, δίνοντας έμφαση στην παρασκευή μέσω της ηλεκτρόλυσης του νερού, αφού αυτή η μέθοδος θα χρησιμοποιηθεί. Στη συνέχεια γίνεται παρουσίαση των τρόπων μεταφοράς-διανομής και σύγκριση του υδρογόνου έναντι άλλων συμβατικών πηγών ενέργειας. Τέλος εξετάζονται οι κίνδυνοι που ενέχει ως καύσιμο και τα πλεονεκτήματα του έναντι των μπαταριών ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας. Στο 3ο κεφάλαιο, «Αποθήκευση του υδρογόνου», γίνεται αναφορά σε όλες τις τεχνολογίες αποθήκευσης και δέσμευσης του υδρογόνου, όπως υγροποίηση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, αποθήκευση σε δοχεία υπό υψηλή πίεση και με εισχώρηση σε μεταλλικά υδρίδια. Συγκεκριμένα αναλύεται η χρήση προηγμένων υλικών (μεταλλικά υδρίδια) που είναι το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο 4ο κεφάλαιο, «Κυψέλες καυσίμου», παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας των κυψελών καυσίμου. Ακολουθεί η διάκριση ανάλογα με τον τύπο του ηλεκτρολύτη που διαθέτουν καθώς και σύγκριση όλων των τύπων. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στην εμπορευματοποίησή τους ανάλογα τον τύπο τους και τέλος παρουσιάζονται οι εφαρμογές τους στη βιομηχανία. Στο 5ο κεφάλαιο, «Αυτόνομο υβριδικό υπό μελέτη σύστημα», γίνεται μια εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας και στη συνέχεια ακολουθεί μια πιο λεπτομερής περιγραφή στα κύρια στοιχεία του συστήματος (γεννήτρια υδρογόνου, κυψέλη καυσίμου, αντίσταση φορτίου, φιάλες αποθήκευσης υδρογόνου και εναλλάκτης θερμότητας) που χρησιμοποιήθηκαν για τις ανάγκες της εργασίας. Παρακάτω περιγράφεται συνοπτικά η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου υβριδικού συστήματος. Εάν τα φωτοβολταϊκά και η ανεμογεννήτρια παράγουν αρκετή ισχύ, το σύστημα υποστηρίζεται εξολοκλήρου από αυτά. Στην περίπτωση που η ισχύς εξόδου τους ξεπερνάει την επιθυμητή, η πλεονάζουσα ισχύς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή Υδρογόνου, το οποίο μπορεί να αποθηκευτεί και να χρησιμοποιηθεί όταν υπάρξει ανάγκη, στις κυψελίδες καυσίμου. Σε περίπτωση χαμηλού ανέμου και ηλιοφάνειας, ένα μέρος της ισχύος μπορεί να συμπληρωθεί από την ενέργεια που προέρχεται από τις κυψελίδες καυσίμου. Προφανώς, σε τέτοια υβριδικά συστήματα ανεμογεννητριών φωτοβολταϊκών - κυψελίδων καυσίμου, σαν αυτά που μελετώνται στην παρούσα εργασία, οι κυψελίδες καυσίμου λειτουργούν με μεταβλητό ρεύμα. Τέτοιες κυψελίδες καυσίμου, ακόμα δεν διατίθενται στο εμπόριο. Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο 6ο κεφάλαιο, «Επεξεργασία πειραματικών μετρήσεων», υπάρχουν τα αποτελέσματα των μετρήσεων με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των διαγραμμάτων που προέκυψαν από τις πειραματικές μετρήσεις, καθώς και τα τελικά συμπεράσματα που προκύπτουν. Κατά την διάρκεια των πειραμάτων παρατηρήθηκε ότι το μεταλλικό υδρίδιο κατά την πλήρωση του με υδρογόνου αντιδρά εξώθερμα με συνέπεια να έχουμε αύξηση θερμοκρασίας στη φιάλη (μέγιστο 43 οC). Κατά την απελευθέρωση του υδρογόνου από τη φιάλη υπάρχει ενδόθερμη αντίδραση και ελάττωση της θερμοκρασίας της φιάλης (ελάχιστο -13.2 οC). Τα κυριότερα λοιπόν προβλήματα του συστήματος που παρατηρήθηκαν είναι τα παρακάτω: α) μεγάλες αυξομειώσεις θερμοκρασίας είχαν αρνητικές συνέπειες στην απόδοση του συστήματος β) η μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας υπερβαίνουν τα όρια θερμοκρασιών ομαλής λειτουργίας. Συνεπώς κρίθηκε απαραίτητο (συστήνεται από τον κατασκευαστή) να κατασκευαστεί ένα σύστημα ψύξης (εναλλάκτης θερμότητας) των φιαλών, ώστε να έχουμε όσο το δυνατόν πιο σταθερό εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας του συστήματος και να αποφευχθούν τα παραπάνω μειονεκτήματα. Το εύρος θερμοκρασιών που επιτεύχθηκε με το σύστημα ψύξης είναι: ελάχιστο 10.3 οC - μέγιστο 29 οC. Επιπλέον διαπιστώθηκε πως με ίδιες αρχικές συνθήκες (φορτίο, πίεση φιάλης, κλπ.) κατά την λειτουργία με τον εναλλάκτη, η κυψέλη καυσίμου παρήγαγε την ίδια ισχύ άλλα για περισσότερη ώρα. Αυτό δεν σημαίνει πως έχουμε μεγαλύτερη ποσότητα υδρογόνου στην φιάλη, άλλα σταθεροποιώντας την θερμοκρασία, επιτυγχάνεται μια πιο ομαλή λειτουργία του συστήματος και κυρίως πιο σταθερή παροχή υδρογόνου στην κυψέλη καυσίμου, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η απόδοση της. Με αυτό τον τρόπο βελτιώνεται η ταχύτητα απορρόφησης άλλα όχι και η ποσότητα του υδρογόνου που απορροφάται. / During the last years an urgent need to develop new methods for the production of renewable energy was created. The energy requirements covered by the fossil fuels, which contain carbon, result in the increase of the CO2 releases in the atmosphere, a fact that favors the greenhouse effect and acid rain. So the dependence on depletable energy sources like fossil fuels that are limited as well as the pollution of the environment, are driving forces for the development and exploitation of new alternative energies. This thesis deals with the design, construction and implementation of an autonomous hybrid system producing hydrogen as a renewable energy source (RES), exploiting the excess energy from RES. The system includes a wind turbine and a photovoltaic generator, which are the main energy sources, while a hydrogen generator (electrolysis) is used to fill the bottles with hydrogen containing metal hydrides. The bottles of stored hydrogen feeds fuel cell type PEM. The electricity generated from the stored hydrogen meets the needs of the load during peak hours. Simulator was used as load power adjustable resistor. Specifically, in chapter 1, "Technology RES" is a general discussion around the dispersed production, renewable energy sources (RES) and the strong interest that has been observed during the recent years worldwide in this field. As well this chapter considers the uses, advantages - and disadvantages of the situation. It also shows the negative impact from the combustion of hydrocarbons, which are the main source of energy today. In chapter 2, "Hydrogen Energy", as a start, a short report on the properties of hydrogen and technologies for its production, and it emphasizes on the production by electrolysis of water, since this method will be used. Then we present a modal distribution of hydrogen compared to other conventional energy sources. Finally we consider the risks of fuel and its advantages over batteries as energy storage is medium. In chapter 3, "Hydrogen Storage" we refer to all storage technologies and hydrogen binding as liquefaction at very low temperatures, storage containers under high pressure and penetration in metal hydrides. It specifically analyzes the use of advanced materials (metal hydrides) which is the subject of this thesis. In chapter 4, "Fuel Cells" the principle for the operation of fuel cells is presented. Here a distinction is made according to the type of electrolyte and features as well as comparison of all types. Then we refer to the commercialization according to their type and finally present their applications in industry. In chapter 5, "Autonomous hybrid system under study" we introduce to hybrid power systems, followed by a more detailed description of the main elements of the system (hydrogen generator, fuel cell, load resistance, hydrogen storage cylinders and heat exchangers) used for the needs of the job. After that, it summarizes the operating principle of such a hybrid system. If the solar panels and wind turbines generate enough power, the system is supported entirely by them. If the output power exceeds the desired, the excess power can be used to produce hydrogen, which can be stored and used when there is need, in fuel cells. In case of low wind and sunshine, a place of power may be supplemented by the energy from the fuel cells. Obviously, in such hybrid systems, solar wind - fuel cells, such as those studied in this paper, fuel cells operate at variable current. Such fuel cells, is not yet commercially available. In the final stage of the thesis and specifically in Chapter 6, "Processing experimental measurements", we present the results of measurements with the maps and interpretation of charts derived from experimental measurements, and the final conclusions drawn. During the experiments it was observed that the metal hydride during the filling with hydrogen reacts exothermically with the result to have an increase in temperature in the flask (43 ° C maximum). The release of hydrogen from the bottle is an endothermic reaction and it reduces the temperature of the bottle (minimum -13.2 ° C). So the main problems of the system observed are: a) The large temperature fluctuations had a negative impact on system performance b) The maximum and minimum operating temperatures exceed the temperature limits of normal operation. It was therefore necessary (recommended by manufacturer) to construct a cooling system (heat exchanger) for the bottles in order to have as far as possible stable operating range of the system and to avoid the above disadvantages. The temperature ranges that were achieved with the cooling system are: minimum 10.3 ° C and maximum 29 ° C. Furthermore it was found that with the same initial conditions (load, pressure bottle, etc.) during operation with the alternator, the fuel cell produced the same effect but for longer. This does not mean that we have a greater amount of hydrogen in the bottle, but by stabilizing the temperature, a more smooth operation of the system and especially more stable supply of hydrogen in the fuel cell is achieved, thereby increasing the performance. In this way, we improve the rate of absorption but not the amount of hydrogen absorbed.

Τα τελευταία χρόνια, οι ολοένα και περισσότερο εμφανιζόμενες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, η οικονομική αστάθεια αλλά και οι μεταβαλλόμενες πολιτικές συνθήκες, έχουν επαναφέρει δυναμικά στο προσκήνιο τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, καθιστώντας αυτές ως το πλέον εναλλακτικό τρόπο παροχής ενέργειας, μετά τις συμβατικές πηγές. Τόσο η Ελλάδα όσο και οι Βουλγαρία είναι δύο χώρες με μεγάλο δυναμικό ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η αξιοποίηση του οποίου μπορεί να δώσει σημαντική βοήθεια στην οικονομική τους ανάπτυξη, ιδιαίτερα εν μέσω της δύσκολης οικονομικής συγκυρίας που έχει εμφανείς επιπτώσεις και στις δύο χώρες. Στην παρούσα έρευνα, γίνεται προσπάθεια ώστε να σκιαγραφηθούν οι απόψεις των πολιτών των χωρών της Ελλάδος και της Βουλγαρίας αναφορικά με τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας, καθώς και μία θεωρητική ανάλυση για την κατάσταση σχετικά με την «πράσινη» ενέργεια που επικρατεί στις δύο χώρες. Στόχος είναι να αποτυπωθούν οι απόψεις των πολιτών, να συγκριθούν και τελικά να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα που θα προσδιορίσουν τον τρόπο δράσης των αρμοδίων των δύο χωρών. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν μέσω ερωτηματολογίων που διατέθηκαν σε 400 συνολικά πολίτες των δύο χωρών (200 Έλληνες και 200 Βούλγαρους), και αναλύθηκαν μέσω του προγράμματος SPSS 19. / In recent years, the emerging impacts of climate change, the economic instability and the political conditions have turned renewable energy sources to the most important alternative energy supply. Both Greece and Bulgaria are two countries with large potential on renewable energy sources. Their use can provide significant assistance in economic development, particularly in the midst of economic crisis which has obvious implications for both countries. In the present study, an attempt is made to sketch the views of citizens of the two countries regarding renewable energy. It is also a theoretical analysis of the situation of "green" energy in both countries. The objective is to properly reflect the views of citizens, to compare and ultimately to teach lessons that will determine the mode of action at these two countries. Questionnaires were distributed to a total of 400 citizens of the two countries (200 Bulgarians and 200 Greeks) in order to collect the data and we used SPSS 19 to analyze them.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε με σκοπό την δημιουργία ενός μοντέλου του Εθνικού Διασυνδεδεμένου Συστήματος Μεταφοράς για το έτος 2015, στο οποίο θα συμπεριλαμβάνονται όλες οι μονάδες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας που γνωρίζομε ή υποθέτουμε ότι θα ενταχθούν στο Σύστημα μέχρι το 2015. Οι υποθέσεις αυτές έγιναν σύμφωνα με τα στοιχεία της ΜΑΣΜ 2010-2014 (όπου αναφέρονται αναλυτικά οι μονάδες παραγωγής ενέργειας συμβατικές και μη, που θα συνδεθούν ή θα αποσυρθούν από το Σύστημα), τις προβλέψεις του Εθνικού Σχεδίου Δράσης για τις ΑΠΕ (ΕΣΔ/ΑΠΕ), την σχετική μελέτη που πραγματοποιήθηκε στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ), καθώς από την Ρυθμιστική Αρχή Ενέργειας (ΡΑΕ) από την οποία γνωρίζουμε ποιες μονάδες βρίσκονται στο στάδιο της αδειοδοτικής διαδικασίας και επομένως η ένταξή τους στο Σύστημα είναι πολύ πιθανό να πραγματοποιηθεί στα προσεχή έτη. Η επιλογή του έτους 2015 για την μελέτη έγινε επειδή τα διαθέσιμα μέχρι σήμερα στοιχεία επιτρέπουν πιο ασφαλείς προβλέψεις για την διαμόρφωση του ηλεκτρικού Συστήματος Μεταφοράς. Παρόλο που ο τελικός στόχος από την Ευρωπαϊκή Ένωση τέθηκε για το 2020, μια απευθείας μελέτη διαμόρφωσης του Συστήματος για τότε θα ήταν επισφαλής, καθώς, όπως προαναφέρθηκε, δεν υπάρχει η απαιτούμενη πληροφορία. Άλλωστε το 2015 θα μπορούσε να θεωρηθεί ένας βασικός σταθμός καθώς θα αποτελέσει την βάση για την επίτευξη του στόχου που έχει τεθεί για το 2020. Πιο αναλυτικά η διπλωματική αυτή εργασία χωρίζεται στις παρακάτω ενότητες: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1Ο: ΘΕΩΡΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Στο κεφάλαιο αυτό στην πρώτη ενότητα αρχικά γίνεται αναφορά στην Ανάλυση Ροής Φορτίου και στο πόσο σημαντικό ρόλο έχει η ανάλυση αυτή για την σωστή σχεδίαση και λειτουργία του ηλεκτρικού Συστήματος. Στη συνέχεια γίνεται η μαθηματική περιγραφή του προβλήματος της ανάλυσης ροής φορτίου καθώς και μια εκτενής αναφορά για τις παραδοχές και τις προϋποθέσεις που πρέπει να τηρηθούν ώστε τελικά να δουλέψει σωστά το Σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας που πρόκειται να σχεδιαστεί. Τέλος γίνεται μια μικρή αναφορά στις αριθμητικές μεθόδους που θα χρησιμοποιηθούν ώστε να πραγματοποιηθεί η επίλυση των εξισώσεων που προέκυψαν από την ανάλυση ροής φορτίου. Στην επόμενη ενότητα του ίδιου κεφαλαίου παρουσιάζονται τα στοιχεία του Συστήματος (π.χ. ζυγοί, κυκλώματα, μηχανές, φορτία κλπ.) που περιλαμβάνονται στην βάση δεδομένων του υπολογιστικού προγράμματος που θα χρησιμοποιηθεί για την επίλυση των εξισώσεων της ανάλυσης ροής φορτίου. Στην τελευταία ενότητα αυτού του κεφαλαίου γίνεται μια μικρή παρουσίαση του προγράμματος PSS/E, που είναι και το υπολογιστικό πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία για την επίλυση του Συστήματος. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2Ο: ΕΘΝΙΚΟ ΣΧΕΔΙΟ ΔΡΑΣΗΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΑΠΕ ΚΑΙ ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΜΕΧΡΙ ΤΟ 2020 Στην πρώτη ενότητα αυτού του κεφαλαίου παρουσιάζεται ποιο είναι το σχέδιο δράσης για τις ΑΠΕ που αφορά την χώρα μας. Στην επόμενη ενότητα αυτού του κεφαλαίου, γίνεται μια αναφορά στις προϋποθέσεις ώστε να επιτευχθούν οι στόχοι που θέτει το εθνικό σχέδιο δράσης για τις ΑΠΕ. Τέλος στην τρίτη ενότητα παρουσιάζονται αναλυτικά οι στόχοι διείσδυσης των ΑΠΕ από το 2010 έως το 2020. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο: ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Στην πρώτη ενότητα του κεφαλαίου γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του υφιστάμενου Συστήματος Μεταφοράς της χώρας. Στην δεύτερη ενότητα γίνεται αναφορά στην δυνατότητα του ηλεκτρικού δικτύου της χώρας να απορροφήσει την παραγωγή των σταθμών ΑΠΕ που πρόκειται να συνδεθούν σε αυτό. Επιπλέον γίνεται αναφορά στην διαδικασία αδειοδότησης και καθώς και στις υπόλοιπες προϋποθέσεις για την διείσδυση των ΑΠΕ στο Σύστημα. Τέλος στην τρίτη ενότητα γίνεται εφαρμογή του σχεδίου δράσης για τις ΑΠΕ στο έτος 2015, που αποτελεί και το έτος μελέτης της παρούσας εργασίας. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4Ο: ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΥ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΔΙΑΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΤΟ 2015 Αρχικά στην πρώτη ενότητα παρουσιάζεται η κατανομή φορτίου στους υποσταθμούς του Συστήματος για το 2015. Στη συνέχεια (δεύτερη ενότητα), γίνεται λεπτομερής περιγραφή του Εθνικού Διασυνδεδεμένου Συστήματος Μεταφοράς (ΕΔΣΜ), όπως διαμορφώθηκε για το έτος μελέτης της εργασίας. Τέλος στην τρίτη ενότητα, φαίνεται η μελέτη του μοντέλου του Συστήματος, όπως διαμορφώθηκε για το έτος 2015, για τρία διαφορετικά ακραία σενάρια λειτουργίας. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5Ο: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Στην πρώτη ενότητα αυτού του κεφαλαίου αναφέρονται τα γενικά συμπεράσματα που προέκυψαν από την προηγηθείσα μελέτη. Στην επόμενη ενότητα, γίνεται αναλυτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων στης ανάλυσης ροής φορτίου για κάθε ένα από τα τρία σενάρια που μελετήθηκαν. Ενώ στην τελευταία ενότητα, γίνεται αναφορά στις προοπτικές ανάπτυξης και διαμόρφωσης του Συστήματος για το 2020, βασιζόμενοι στα αποτελέσματα που προέκυψαν από την διαμόρφωση του δικτύου για το 2015. / This thesis, entitled "Study for the development of an electric energy transmission network which incorporates Renewable Energy Sources", was conducted in order to create a model of the National Interconnected Electric Energy Transmission System, which will include all the renewable energy system units that are already known or assumed to join the system by 2015. These assumptions were made according to the data provided by the TSDS 2010-2014 (offering a detailed plan of the all the power plant units, conventional or not, which will be connected to or removed from the system), the provisions of the National Action Plan for Renewable Energy Sources (EA / RES) , the related study conducted at the Centre for Renewable Energy Sources (CRES), and the data of the Regulatory Authority for Energy (RAE), which indicated the units that are under the licensing process and therefore they are likely to be connected to the system in the years to come. Choosing the year 2015 for the study is based on the fact that the available data nowadays allows for more accurate predictions about the configuration of the electric transmission system in two years period. Although the European Union set the ultimate goal for 2020, a direct study of the system configuration at that time would be risky, since, as mentioned above, the required information is not available. Besides that, the year 2015 could be considered a basic year as it will form the basis for achieving the target set for 2020. This thesis is divided into the following sections: CHAPTER 1: SYSTEMS THEORY OF ELECTRICITY In this chapter the first section refers to Load Flow Analysis and how important this analysis is for the proper design and operation of electrical systems. Afterwards, a mathematical description of the problem of load flow analysis is presented along with a comprehensive analysis of all the assumptions and conditions that must be met, in order to guarantee that power system to be designed will finally work properly. The numerical methods used to solve the equations resulting from the load flow analysis are described briefly. The second section of this chapter contains the system components (eg. scales, circuits, machines, loads, etc.) that are included in the database of the computer program which will be used to solve the equations of the load flow analysis. The last section of this chapter is a short presentation of the PSS / E program, which is the computer program used in this thesis in order to solve the problems stated. CHAPTER 2:NATIONAL ACTION PLAN FOR RES AND GOALS SET BY 2020The first section of this chapter is a thorough description of the action plan for Renewable Energy Sources in our country. The next section of this chapter refers to the conditions that should be met in order to achieve the targets set by the National Action Plan for RES. Finally, in the third section the objectives of the adoption of the RES from 2010 to 2020 are discussed. CHAPTER 3: GREEK INTERCONNECTED TRANSFER SYSTEM The first section of this chapter is a detailed description of the existing electric energy transportation system of our country. In the second part we examine the ability of the existing electric energy network to absorb the production of the RES plants that will be to be connected to it. Furthermore, a presentation of the licensing process and all the other requirements for the adoption of RES in the existing system is provided. In the third section the implementation of the Action Plan for RES in 2015, which is the year that we examine in this thesis, is attempted. CHAPTER 4: DEVELOPMENT OF THE GREEK INTERCONNECTED ELECTRIC ENERGY TRANSFER SYSTEM FOR 2015 Initially how the load will be distributed to the system’s substation in 2015 is described in the first section. The second section is a detailed description of the National Interconnected Transmission System (EDSM) which was designed in this thesis for 2015. Finally, assuming three different extreme scenarios for the system operation an analysis of the designed model for the system, as described in the second section, is presented. CHAPTER 5: CONCLUSIONS AND PROSPECTS The first section of this chapter summarizes all the general conclusions drawn from the study conducted in this thesis. In the next section, there is a detailed presentation of the results extracted by the load flow analysis conducted for each of the three scenarios examined in the third section of Chapter 4. The last section discusses prospects for the growth and the development of the system for 2020, based on the results extracted from the network configuration that was done for 2015.This thesis was conducted by the student of Electical and Computer Engineering Department, University of Patras, Melaniti Maria-Anthia with the help of Dr. Sakellaridis Nicholas employee to CRES.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της λειτουργίας και τη δημιουργία ενός μικροδικτύου, στο χώρο του Κτηρίου Βαρέων Ηλεκτρολόγων του Πανεπιστημίου Πατρών. Επιπρόσθετα, πραγματεύεται την κατασκευή ενός εξομοιωτή φορτίου μιας απαιτητικής από άποψης ενέργειας κατοικίας. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Απώτερος σκοπός της εργασίας είναι η συνολική κατασκευή μίας διάταξης για την εξομοίωση της ενεργειακής ζήτησης μιας μονοκατοικίας. Η διάταξη, για την υλοποίηση του αυτοματισμού, διαθέτει έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή (ΠΛΕ). Ο προγραμματισμός του ΠΛΕ και η εξομοίωση της λειτουργίας των οικιακών συσκευών υπήρξε το κύριο αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Μετά την ολοκλήρωσή της θα είναι δυνατή η σύνδεσή της σε ένα μικροδίκτυο με σκοπούς τη βελτιστοποίηση της απόδοσής του καθώς και τη μελέτη της συμπεριφοράς κατά τη λειτουργία του. Η εκπόνηση της εργασίας έγινε σε συνεργασία με τους συναδέλφους Ψαρά Βασίλειο και Μπιλιανό Σωτήριο. Αρχικά παρουσιάζεται το ενεργειακό πρόβλημα, το οποίο εκ φύσεως οδηγεί στην ανεύρεση νέων πηγών ενέργειας. Εν συνεχεία αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας καθώς και η παρούσα κατάσταση όσον αφορά τη χρησιμοποίησή τους. Εν συνεχεία παραθέτουμε τον ορισμό καθώς και τις συνήθεις συνιστώσες ενός μικροδικτύου, αναλύοντας θεωρητικά τις κυριότερες μονάδες παραγωγής, μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας. Επίσης, παραθέτουμε μια καταγραφή καθώς και μια ανάλυση όλων των εμπλεκομένων μονάδων του υπάρχοντος μικροδικτύου. Με σκοπό τη μελέτη της λειτουργίας του, την αξιολόγηση των δυνατοτήτων του και την εκτίμηση της παρούσας κατάστασής του, παρουσιάζονται μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με διάφορα φορτία και εξάγονται κάποια σημαντικά συμπεράσματα. Στη συνέχεια, παραθέτουμε το προφίλ (κατανομή μέσα στην ημέρα) και το μέγεθος μιας τυπικής ηλεκτρικής ενεργειακής κατανάλωσης, μιας μονοκατοικίας. Έχοντας την τυπική οικιακή κατανάλωση ως δεδομένο, έγινε η επιλογή του τρόπου εξομοίωσής της σε εργαστηριακό περιβάλλον, χρησιμοποιώντας κατάλληλα παθητικά στοιχεία R-L. Τέλος, παρουσιάζουμε την ενεργειακή κατανάλωση του εξομοιωτή, για μια ολόκληρη εβδομάδα, όπως αυτή καταγράφηκε, κατά τη σύνδεσή του στο δημόσιο δίκτυο και εξάγουμε συμπεράσματα για τη λειτουργία του. / The current thesis deals with the study of the operation, as well as the construction of a typical microgrid. Furthermore, the thesis deals with the construction of a resistive-inductive load that emulates the energy consumption of a household. This thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The outer purpose of this study is the construction a resistive-inductive load that simulates the energy consumption of a household. The device uses a programmable logic controller (PLC) in order to implement the necessary automation. The main subject of this current thesis was the programming of the PLC and the emulation of the daily operation of electrical devices of a household. Once completed, it will be possible to connect this load emulator to a microgrid so as to optimize its performance and study its operational behavior. This whole thesis was fulfilled through continuous cooperation with colleagues Mpilianos Sotirios and Psaras Vasileios. Initially, the energy problem is presented, a fact that naturally leads to the finding of new energy sources. In addition, the advantages and disadvantages of renewable energy sources are discussed as well as the current state regarding their utilization. Afterwards, the definition and the common components of a microgrid are presented through theoretical analysis of all the related units (energy production, conversion and storage units). Moreover, every installed unit of an existing microgrid in the laboratory is mentioned and analyzed. Aiming to study its operation, evaluate its capabilities and estimate its present state, measurements with varying loads are cited. . The profile and size of a typical energy consumption of a household are presented. Given that, the final choice of the emulation method in laboratory environment was made, using appropriate passive elements (resistors, inductors). Finally, the energy consumption of the load emulator is presented, as it was recorded through the connection to the utility grid, and certain conclusions concerning its operation are made.

Ο αγροτικός τομέας αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα οικονομικής και κοινωνικής συνοχής στην Ελλάδα, τόσο σε εθνικό όσο και σε περιφερειακό επίπεδο. Είναι ένας τομέας με μεγάλα περιθώρια αναπτύξεως, διότι η χώρα μας κατέχει σημαντικά συγκριτικά πλεονεκτήματα για την ανάπτυξή του. Για την ανάπτυξη του αγροτικού τομέα ακρογωνιαίο λίθο αποτελεί η οργανωμένη διαχείριση των καλλιεργειών. Ο κύριος παράγοντας για την ανάπτυξη των καλλιεργειών είναι η άρδευσή τους, και ακόμη περισσότερο ο βέλτιστος τρόπος άρδευσης. Σημαντικό ρόλο παίζει η εκπαίδευση των καλλιεργητών στην εξοικονόμηση νερού, για παράδειγμα σχετικά με τις ανάγκες σε χρόνο άρδευσης, τη ρύθμιση της ποσότητας νερού ανάλογα με το είδος της καλλιέργειας. Στην Ελληνική πραγματικότητα σε πολλές περιοχές δεν υφίσταται υποδομή της ΔΕΗ, και αυτός είναι ένας από τους βασικούς λόγους για τον οποίο οι καλλιεργητές χρησιμοποιούν πατροπαράδοτους τρόπους για την άρδευση, όπως τα αυλάκια, οι λεκάνες και διαδικασίες που στηρίζονται στη χρήση πετρελαίου. Οι συγκεκριμένοι τρόποι έχουν αρνητικές περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις. Σκοπός αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι οικονομοτεχνικής αξιολόγησης συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την άρδευση γεωργικών εκτάσεων στο Θεσσαλικό κάμπο με τη χρήση φωτοβολταϊκών στοιχείων ή συστήματος Βιομάζας, σε μία περιοχή στην οποία δεν είναι συνδεδεμένη με το δίκτυο της ΔΕΗ. Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει µία γενική αναφορά στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ), στην ανάπτυξή τους και η χρήση τους στον Ευρωπαϊκό Χώρο. Σε δεύτερο στάδιο παρουσιάζονται πληροφορίες για την ηλιακή ενέργεια και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, σχετικά µε την κατασκευή, τη λειτουργία και τις εφαρμογές τους. Το τρίτο στάδιο αναπτύσσεται η έννοια της Βιομάζας, οι επιπτώσεις και οι προοπτικές της. Στο τέταρτο στάδιο γίνεται αναφορά στους τρόπους άρδευσης γεωργικών εκτάσεων και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών. Το πέμπτο στάδιο αναφέρεται στη μεθοδολογία αξιολόγησης συστημάτων άρδευσης με την χρήση φωτοβολταϊκών και με τη χρήση συστήματος Βιομάζας. Στη συνέχεια ακολουθεί η παρουσίαση του προβλήματος, η πιλοτική εφαρμογή με τη χρήση διαφόρων παραδοχών και τα αποτελέσματα αυτών. Στο τέλος παραθέτονται τα συμπεράσματα. / The agricultural sector constitute an important factor for the economic and social cohesion of Greece, both at national and regional level. It is a sector, which has great growth margins, because our country holds major comparative advantages for development. The rational crop management is the cornerstone of agricultural sector. The optimal way of irrigation influence the crop growth. Grower have to be educated so as understand the importance to save water in the procedure of irrigation, for example how often they have to irrigate their crops, the amount of water considering the type of crop, et all.. In the Greek reality there are areas that have no electric power supply by the grid system, and this is one of the main reasons why irrigation is achieved using traditional ways such as furrows, basins and by fuel powered individual pumps. These ways have negative environmental and economic consequences. The aim of this graduate diploma thesis is the study of the financial and technical assessment of renewable energy systems for the irrigation of agriculture areas in Thessaly (Greece) using photovoltaic (PV) elements or biomass system, in an area which is not connected to the grid. In the first stage of the dissertation are presented a general introduction to the Renewable Energy Sources (RES), their development and their use in the European Area. In a second stage we proceed with the solar energy systems and the PV elements (construction, operation, applications and cost).. The third stage are mentioned the system of biomass, the impacts and prospects. Following we refer to the ways of farmland irrigation and their advantages/disadvantages. The whole irrigation problem is examined and alternative solutions are proposed. Finally, the results are presented and conclusions are drawn.